Pengaruh temperatur pengujian terhadap ketahanan lelah baja karbon rendah yang dinitridasi

PUJA, I Gusti Ketut, Ir. Mudjijana, MEng

2001 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Obyek dalam penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh temperatur uji terhadap ketahanan lelah poros baja karbon rendah yang dinitridasi. Bahan dari baja karbon rendah dengan diameter 16 mm, dibuat benda uji lelah menurut standar ASTM E 466. Proses nitridasi benda uji dilakukan dengan metoda implantasi ion nitrogen pada dosis dan energi ion yang memberi kekerasan maksimum. Teknik implantasi ion menggunakan akselerator ion di P3TM BATAN Yogyakarta. Pengujian ketahanan lelah dilakukan pada spesimen tanpa implantasi dan yang diimplantasi. Pada spesimen yang diimplantasi ion dilakukan pengujian ketahanan lelah dengan 3 variasi temperatur uji. Sebagai pcngujian pendukung dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanis bahan yang terdiri dari pengujian kekerasan mikro, kekasaran permukaan, pengamatan mikro dan makro. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa proses nitridasi dengan implantasi ion nitrogen mengubah kekerasan, kekasaran permukaan, dan ketahanan lelah poros baja karbon rendah. Angka kekerasan maksimum dicapai pada dosis 7.46 x 1015 ion/cm2, energi 90 keV yaitu sekitar 290 VHN 0,01, sedangkan kekerasan awal adalah sekitar 177 VHN 0,Ol. Pengamatan struktur mikro dengan SEM menunjukkan pada permukaan poros baja terbentuk lapisan putih nitrida besi setebal 1,92 pm, butir kristal menjadi lebih terang dari fase induknya, dan kekasaran permukaan lebih halus. Ketahanan lelah poros baja yang dinitridasi menjadi lebih baik dilihat dari adanya peningkatan batas ketahanan lelah sekitar 18%. Pada poros baja yang dinitridasi, peningkatan temperatur uji sampai dengan 300 "C meningkatkan ketahanan lelah sekitar 15%. Hasil pengamatan makro menunjukkan bahwa terdapat sobekan yang lebih kecil pada penampang patahan poros baja yang dinitridasi dan striasi lebih jelas tampak pada kondisi temperatur uji 300°C.

The object of this study is to investigate effects of testing temperature on fatigue endurance of nitrided-low carbon steel shaft. Materials of low carbon steel of 16 mm were machined to form fatigue specimens according to ASTM E466 standard. Nitriding process of the tested materials was conducted by nitrogen ion implantation method in dosage and energy of ion that give maximum hardness using ion accelerator in P3TM BATAN Yogyakarta. The fatigue endurance test was conducted on specimen without implantation and with implantation. The specimen with ion implantation is tested for fatigue endurance test with 3 variations of testing temperature. The test consists of micro hardness testing, surface roughness, micro and macro observation. The results of study show that nitriding process with nitrogen ion implantation changes hardness, surface coarse and fatigue endurance. The maximum hardness rate was reached in dosage of 7.46 x 1015 ion/cm2, energy of 90 keV, i.e. about 290 VHN 0.01, while the hardness of raw material was about 177 VHN 0.01. The micro structure observation with SEM showed that a white layer of 1.92 pm iron-nitride is formed on steel shaft surface, crystal granules became clearer than original phase and the surface coarse was lower. The fatigue endurance of nitrided steel shaft became better in terms of presence of fatigue endurance limit of about 18%. In the nitrided steel shaft, the increase in test temperature up to 3OO0C increase the fatigue endurance of about 15%. The result of macro observation indicated that there was a lower tear on the break section of nitrided steel shaft than on the raw material, and striation clear on 3OO0C test temperature condition.

Kata Kunci : Temperatur Uji,Baja Karbon Rendah, nitriding, fatigue endurance, test temperature, low carbon steel